Científicos en China han desarrollado un nuevo chip, con una novedad: es analógico, lo que significa que realiza cálculos en sus propios circuitos físicos en lugar de a través de los 1 y 0 binarios de los procesadores digitales estándar.
Es más, sus creadores dicen que el nuevo chip es capaz de superar a las unidades de procesamiento de gráficos (GPU) de gama alta de Nvidia y AMD hasta en 1.000 veces.
Cuando se puso a trabajar en problemas de comunicaciones complejos, incluidos problemas de inversión de matrices utilizados en sistemas masivos de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) (un sistema tecnológico inalámbrico), el chip igualó la precisión de los procesadores digitales estándar y utilizó aproximadamente 100 veces menos energía.
Al hacer ajustes, los investigadores dijeron que el dispositivo superó el rendimiento de GPU de gama alta como Nvidia H100 y AMD Vega 20 hasta en 1.000 veces. Ambos chips son actores importantes en el entrenamiento de modelos de IA; La H100 de Nvidia, por ejemplo, es la versión más nueva de las tarjetas gráficas A100, que OpenAI utilizó para entrenar ChatGPT.
El nuevo dispositivo está construido a partir de conjuntos de memoria resistiva de acceso aleatorio (RRAM) que almacenan y procesan datos ajustando la facilidad con la que la electricidad fluye a través de cada celda.
A diferencia de los procesadores digitales que calculan en unos y ceros binarios, el diseño analógico procesa la información como corrientes eléctricas continuas a través de su red de celdas RRAM. Al procesar datos directamente dentro de su propio hardware, el chip evita la tarea que consume mucha energía de transportar información entre él y una fuente de memoria externa.
«Con el aumento de aplicaciones que utilizan grandes cantidades de datos, esto crea un desafío para las computadoras digitales, particularmente porque el escalamiento de los dispositivos tradicionales se vuelve cada vez más desafiante», dijeron los investigadores en el estudio. «La evaluación comparativa muestra que nuestro enfoque de computación analógica podría ofrecer un rendimiento 1.000 veces mayor y una eficiencia energética 100 veces mejor que los procesadores digitales de última generación para la misma precisión».
Vieja tecnología, nuevos trucos
La informática analógica no es nueva; de hecho, todo lo contrario. El mecanismo de Anticitera descubierto frente a la costa de Grecia en 1901, se estima que fue construido hace más de 2.000 años. Utilizaba engranajes entrelazados para realizar cálculos.
Para la mayoría de los modernos historia de la informáticaSin embargo, la tecnología analógica se ha descartado como una alternativa poco práctica a los procesadores digitales. Esto se debe a que los sistemas analógicos dependen de señales físicas continuas para procesar información (por ejemplo, un voltaje o corriente eléctrica. Estos son mucho más difíciles de controlar con precisión que los dos estados estables (1 y 0) con los que tienen que trabajar las computadoras digitales.
Donde destacan los sistemas analógicos es en velocidad y eficiencia. Debido a que no necesitan dividir los cálculos en largas cadenas de código binario (en lugar de representarlos como operaciones físicas en los circuitos del chip), los chips analógicos pueden manejar grandes volúmenes de información simultáneamente y usar mucha menos energía.
Esto se vuelve particularmente significativo en aplicaciones que consumen mucha energía y datos, como la IA, donde los procesadores digitales enfrentan limitaciones en cuanto a la cantidad de información que pueden procesar secuencialmente, así como en futuras comunicaciones 6G — donde las redes tendrán que procesar enormes volúmenes de señales inalámbricas superpuestas en tiempo real.
Los investigadores dijeron que los avances recientes en el hardware de memoria podrían hacer que la computación analógica vuelva a ser viable. El equipo configuró las celdas RRAM del chip en dos circuitos: uno que proporcionó un cálculo rápido pero aproximado, y un segundo que refinó y ajustó el resultado en iteraciones posteriores hasta llegar a un número más preciso.
Configurar el chip de esta manera significó que el equipo pudo combinar la velocidad de la computación analógica con la precisión normalmente asociada con el procesamiento digital. Fundamentalmente, el chip se fabricó mediante un proceso de producción comercial, lo que significa que podría producirse en masa.
Las mejoras futuras en los circuitos del chip podrían aumentar aún más su rendimiento, dijeron los investigadores. Su próximo objetivo es construir chips más grandes y totalmente integrados, capaces de manejar problemas más complejos a velocidades más rápidas.
